学习型红外遥控装置的研究与设计

1 引言

红外遥控是目前常用的一种通信和遥控方法，有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，可广泛应用于各种家电产品、金融和商用设施以及工业设备中。但目前各种产品的红外遥控不能互相兼容，给实际应用带来不便。因此，这里给出了一种基于凌阳SPCE061A单片机的通用学习型红外遥控设计系统，能够学习各种红外遥控指令，较好地解决了产品兼容问题。

2 红外遥控原理

通用红外遥控系统由发射和接收两大模块组成，使用编／解码专用集成电路控制操作。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；而接收部分包括光电转换放大器、解调、解码电路。

当按下遥控器按键时，其内部信号发射器周期性地发出同一种脉宽调制的二进制串行码，由红外发射管输出。红外遥控器发射的遥控编码脉冲由前导码、系统码、功能码、功能码的反码组成。这些编码经载波脉宽调制后发射，经常使用的是38 kHz载波。遥控接收完成对遥控信号的接收、放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲，然后通过微控制器实现相应的控制功能。

3 系统硬件电路设计

该学习型红外遥控器能记忆16个不同的红外指令，这些指令存在片外存储器中。当其学习时，微处理器解码后，将数据存入片外存储器中，学习指示灯亮。当遥控时，通过按键选择对应的控制功能，微处理器调用相应功能的红外编码，遥控指示灯亮。该系统设计是利用凌阳SPCE061A单片机强大的语音功能，可在不同模式下进行语音提醒。其系统硬件设计电路原理框图如图1所示。

3.1 凌阳SPCE061A单片机

该系统设计采用凌阳SPCE061A单片机作为处理器。SPCE061A是以μ'nSPTM 16位微控制器及信号处理器为内核的16位单片机，采用模块式集成结构，片内集成了2 KBRAM、32 KB Flash、A／D转换器、D／A转换器、并行I／O接口等。其主要性能为：单片机SPCE061 A(晶振频率32．768 KHz，Flash 32 KB，3.3 V供电)；32位可编程并行I／O接口；2个16位可编程定时／计数器，自动预置计数初值；具有运行／睡眠模式下看门狗维护功能。

3.2 红外发射电路

红外发射是由编码后的串行数据通过载波脉冲幅度调制而产生，发射电路中采用最常用的载频38 kHz遥控器。调制方波可由16位可编程定时器对TimerA脉宽调制输出引脚IOB8周期取反得到，而脉冲信号则由双向I／O接口IOB6输出。红外发射电路如图2所示。

3.3 红外接收电路

红外接收电路用于接收红外信号并解调遥控器二进制控制脉冲信号。该红外接收电路采用HS0038。HS0038集光电转换、解调和放大于一体，只需少数外接元件就能实现从红外接收到输出与TTL电平兼容的所有工作。HS0038输出高电平，当输人为遥控信号时，HS0038则输出高低电平脉冲。接收的遥控码是由一个低电平与一个高电平构成，不同脉宽高低电平的组合组成不同控制码。此设计将解调的信号直接输入外部中断源EXTI引脚IOB2，通过内部中断服务程序实现脉冲的计数和存储。红外接收电路如图3所示。

3.4 数据存储电路

此设计选用24LC16实现数据存储功能。24LC16是具有I2C接口的EEPROM，其容量为2 048×8位，分为8页，每页256字节，其较大的存储空间和控制方式能够满足存储及性能要求。将凌阳SPCE061A的串行数据发射引脚(IOB10)与接收引脚(IOB7)相连，然后再与24LC16的串行I／O引脚SDA相连。由系统程序软件提供这两引脚的串行时钟，即可完成数据的接收和发送。

4 系统软件设计

4.1 初始化程序

初始化程序的任务是清除存储脉宽数据单元、关闭学习及发射指示灯，关闭遥控输出口，设置相应定时器模式，设置中断等。

4.2 遥控码读入程序

遥控码的学习处理程序主要是：将原控制器发送的脉冲依次存人存储单元。其偶数地址单元存储高电平脉宽数据，奇数地址单元存储低电平脉宽数据。数据均存入外存储器24LC16中。

读遥控码读人程序，通过大量、不同类型的遥控码波形实验测试分析，遥控码的帧间歇位宽均大于10 ms，起始位码宽为100μs～20 ms，编码位为100μs～3.5 ms。为确保大部分遥控器学习成功，采用方法：

(1)读起始位法 由于起始位的码宽范围较大，因此技术单元采用单独的2字节，计数周期约15μs，按65 535×15μs计算，最大存储起始位脉宽为983 ms。当输入为高电平时，停止起始位计数，进入高电平计数。

(2)读遥控码法 采用1字节计数单元计数码宽(高电平或低电平)，当电平跳变时计数结束，将数据存储到规定地址。在高电平码汁数时，当计数器值大于255(码宽大于3.825ms)，则为结束帧间隔位，在相应存储单元写入数据0x00作为结束标志。其程序流程如图4所示。

4.3 遥控码发射程序

遥控码发射程序是将原存于存储单元的脉冲数据通过38 kHz方波调制，将存储的原始控制码和载波相与，即可发送遥控脉冲码。其程序流程如图5所示。

4.4 主程序

系统主程序在完成上电初始化后，端口按键查询。当确认有按键按下时，从外部存储器中调用相应的遥控编码将其发出。主程序流程如图6所示。

5 结语

实验证明，该学习型红外系统完全满足实验需要。在学习遥控信号时，综合分析了大量红外遥控码，具有一定的通用性。遥控码发射时不是采用硬件设计而是以软件方式产生载波，这样节约了硬件设备，简化了电路，有效实现红外遥控信号的接收和发射。此学习型红外遥控器已成功应用于多媒体教室、智能家居、家庭集中控制器等遥控设备，获得了满意效果。当然，由于目前遥控器信号尚未完全统一标准，利用红外学习技术并不能保证学习到所有电器设备的遥控器信号，这也是学习型红外今后的需要改进的方向。